Tissue-simulando Phantoms per valutare il potenziale vicino infrarosso applicazioni di imaging di fluorescenza nella chirurgia del cancro al seno

L'obiettivo generale di questa procedura è simulare applicazioni di imaging a fluorescenza nel vicino infrarosso nella chirurgia conservativa del seno utilizzando tessuti come i fantocci mammari. Ciò si ottiene creando prima inclusioni fluorescenti simili a tumori di diverse dimensioni e forma. Il secondo passo consiste nell'integrare le inclusioni fluorescenti in fantocci a forma di seno con caratteristiche ottiche simili al tessuto mammario umano.

Successivamente, viene applicato il sistema di imaging a fluorescenza nel vicino infrarosso per guidare il chirurgo intraoperatorio nella localizzazione e nella rimozione dell'inclusione simile al tumore fluorescente. Il passaggio finale consiste nella scansione del margine della cavità chirurgica per la presenza di malattia residua dopo la rimozione dell'inclusione simile al tumore fluorescente. Se applicabile, il chirurgo può quindi asportare il tessuto tumorale rimanente guidato dal sistema di imaging a fluorescenza nel vicino infrarosso.

Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come la TC a letto o la risonanza magnetica, è la fluorescenza nel vicino infrarosso. L'imaging ottico fornisce immagini ad alta risoluzione in tempo reale e può essere facilmente applicato in un contesto intraoperatorio. Inoltre, questa tecnica è poco costosa e fa uso di radiazioni non ionizzanti.

A dimostrare la procedura sarà uno studente laureato del nostro gruppo di ricerca. Per iniziare, raccogli oggetti solidi della forma e delle dimensioni desiderate che possono fungere da modelli per inclusioni che simulano il tumore come perline o biglie. Pulire accuratamente i modelli tumorali e rimuovere eventuali irregolarità.

Posiziona ogni modello in una scatola di plastica quadrata a parete sottile separata con una superficie liscia. Se necessario, fissare il modello al fondo della scatola per mantenerlo in posizione. Quindi versare la quantità necessaria di componente in silicone A in una ciotola e aggiungere il componente in silicone B in un rapporto di 10 a uno in peso.

Mescolare accuratamente entrambi i componenti. Versare delicatamente la miscela di silicone nella scatola di plastica per evitare che intrappolino le bolle d'aria. Lasciare solidificare la miscela di silicone per almeno sei ore prima di tagliare lo stampo e rimuovere il modello tumorale.

Opzionalmente, lo stampo in silicone può essere tagliato a zigzag per consentirne l'incastro pulito. Per creare inclusioni fluorescenti, aggiungere due grammi di aros a 50 millilitri di soluzione salina tamponata tris, o TBS, che è stata preparata con azide di sodio come descritto nel protocollo di testo. Scaldare l'impasto di aros con un forno a microonde fino a raggiungere il punto di ebollizione.

Mescolate bene fino a quando l'aros non sarà completamente sciolto. Aggiungere 1,1 grammi di emoglobina e cinque millilitri di intralipidi, dal 20% a 50 millilitri di TBS, e aggiungerlo alla miscela aros mescolando costantemente per assomigliare alle caratteristiche ottiche del seno circostante. Il tessuto fantasma aggiunge 20,0 milligrammi di colorante fluorescente incy e verde a 83,8 millilitri di acqua deionizzata.

Pipettare cinque millilitri da questa soluzione e aggiungerli alla miscela di aros. Per ottenere una concentrazione finale di 14 micromolari. Riempire delicatamente gli stampi in silicone con la miscela di H aros utilizzando una siringa.

Lasciare solidificare l'inclusione fluorescente a temperatura ambiente per circa un'ora. Proteggere le inclusioni dalla luce coprendo l'intero stampo con un foglio di alluminio. Dopo la solidificazione, aprire delicatamente lo stampo e premere l'inclusione.

Proteggi le inclusioni di Aros dalla luce e dalla disidratazione avvolgendole in un foglio di alluminio e conservale in un contenitore umidificato a quattro gradi Celsius. Procurarsi uno stampo a forma di coppa per creare fantocci mammari della dimensione e del volume desiderati per creare un fantoccio mammario. Con il volume di 500 millilitri, aggiungere 50 grammi di gelatina, 250 fioritura a 500 millilitri di TBS.

Scaldare l'impasto di gelatina a 50 gradi Celsius mescolando costantemente. Una volta che la gelatina è completamente sciolta, lasciare raffreddare gradualmente il composto di gelatina e mantenerlo a una temperatura costante di 35 gradi Celsius. Utilizzando un bagno di acqua calda sotto agitazione costante, aggiungere 5,5 grammi di emoglobina bovina per simulare l'assorbimento dei fotoni e 25 millilitri di intralipidi.

20%per simulare la dispersione dei fotoni nel tessuto. Pre raffreddare lo stampo a forma di tazza a quattro gradi Celsius per almeno un'ora. Una volta freddo.

Versare il composto di gelatina nello stampo a un livello che corrisponda alla profondità predefinita dell'aros tumore. Simulazione dell'inclusione. Lascia solidificare la miscela di gelatina a quattro gradi Celsius per 30 minuti a un'ora.

Dopo la solidificazione, posizionare un tumore che simula l'inclusione fluorescente sulla superficie del fantoccio e fissare temporaneamente l'inclusione con un piccolo ago. Versare il resto della miscela di gelatina calda nel volume rimanente dello stampo, consentendo l'adesione di entrambi gli strati senza creare artefatti di rifrazione. Segnare la posizione del tumore fluorescente simulando le inclusioni sullo stampo prima di lasciare che il fantoccio si solidifichi durante la notte a quattro gradi Celsius.

Una volta solidificato, rimuovere gli aghi utilizzati per il fissaggio temporaneo delle inclusioni e rimuovere delicatamente il fantasma del seno dal suo stampo. Proteggi il fantasma del seno dalla luce e dalla disidratazione avvolgendolo in un foglio di alluminio e conservandolo in un contenitore umidificato a quattro gradi Celsius. Per simulare l'imaging a fluorescenza mirato nella chirurgia del cancro al seno è necessario un sistema di telecamere fluorescenti nel vicino infrarosso per applicazioni intraoperatorie.

Vedere il protocollo di testo per la configurazione del sistema di telecamere fluorescenti. Prelevare il tessuto che simula il fantoccio mammario dal suo contenitore e posizionarlo su una superficie piana e non fluorescente. Quindi posizionare il dispositivo di imaging fluorescente sopra il fantoccio mammario, lasciando una distanza di lavoro sufficiente per l'escissione del tumore.

Simulando le inclusioni, localizzare il tumore simulando l'inclusione in fluorescenza utilizzando la palpazione e/o l'imaging a fluorescenza del seno fantasma nel caso in cui non sia possibile rilevare alcun segnale fluorescente. L'inclusione è posizionata troppo in profondità nel fantoccio per il rilevamento o il tempo di acquisizione dell'immagine deve essere aumentato una volta che l'inclusione è localizzata nelle dimensioni, il seno fantasma e rimuovere il tumore. Simulazione dell'inclusione sotto guida a fluorescenza in tempo reale utilizzando apparecchiature chirurgiche convenzionali direttamente dopo la rimozione del tumore Simulazione dell'immagine di inclusione, la cavità chirurgica per qualsiasi attività fluorescente residua che indica un'escissione inadeguata in caso di attività fluorescente residua.

Asportare il residuo di inclusione sotto la guida diretta della fluorescenza fino a quando non rimane alcun segnale fluorescente. I frammenti fantasma asportati da simulare per lo stato del margine macroscopico guidato dalla fluorescenza. Qui sono mostrati i risultati rappresentativi della valutazione della localizzazione tumorale intraoperatoria guidata dalla fluorescenza.

Sono state rilevate inclusioni tumorali fluorescenti fino a una profondità di circa due centimetri. Le inclusioni seminate più profonde sono state rilevate dopo l'incisione del tessuto fantasma sovrapposto. Il chirurgo era continuamente guidato dal segnale fluorescente proveniente dall'inclusione simile al tumore fluorescente.

Durante l'intervento di conservazione del seno sui fantocci dopo la rimozione dell'inclusione simile al tumore, il chirurgo ha valutato l'entità dell'intervento chirurgico scansionando la cavità chirurgica. Qualsiasi segnale fluorescente rimanente indicava un'escissione tumorale incompleta e il residuo tumorale è stato rimosso durante la stessa procedura chirurgica. Dopo l'escissione dell'inclusione simile al tumore, il nodulo asportato è stato sottoposto a imaging per valutare lo stato del margine chirurgico lordo.

L'imaging a fluorescenza potrebbe aiutare la valutazione dello stato del margine microscopico da parte di un patologo attraverso l'individuazione di aree sospette per margini vicini o positivi. Le implicazioni di questa tecnica si estendono verso risultati migliori per la chirurgia conservativa del seno, coniugando la fluorescenza nel vicino infrarosso, gli agenti di imaging ottico a Myers mirati come gli anticorpi monoclonali. La somministrazione mirata di agenti fluorescenti può essere ottenuta per applicazioni di imaging intraoperatorio.